對兩種液壓沖擊現(xiàn)象的分析

（青島港灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山東 青島 266400）

在《液壓傳動》的相關(guān)課本中，對關(guān)于液壓沖擊的問題往往不進行分析，只給出公式和結(jié)論，甚至一帶而過，使得學(xué)生只知其然，而不知其所以然。而液壓沖擊作為工作中經(jīng)常遇見的問題，畢業(yè)生若不能從根上去分析機理，對于沖擊問題也就不能夠?qū)ΠY下藥、有效處理。

課本中關(guān)于液壓沖擊的描述：在液壓系統(tǒng)中，管路內(nèi)流動的液體常常會因閥門突然關(guān)閉，換向閥快速換向或運動部件突然制動時，會在管路內(nèi)形成很高的壓力峰值，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊。壓力峰值的危害比較嚴重，它會引起系統(tǒng)的振動和噪聲，順序閥、壓力繼電器等產(chǎn)生誤動作，密封部件破壞，工作失靈。因此，在設(shè)計和使用中需要搞清楚沖擊問題。

現(xiàn)行的課本中介紹了兩種液壓沖擊現(xiàn)象：一種是液壓管路中流動的液體突然由于閥門關(guān)閉而產(chǎn)生的液壓沖擊現(xiàn)象；另一種是運動的帶有負載的液壓缸突然關(guān)閉排油管路而導(dǎo)致排油腔的壓力沖擊現(xiàn)象。下面分別進行分析。

1 管路中流動液體閥門關(guān)閉時的液壓沖擊

圖1

如圖1所示，管路A的進端安裝蓄能器，出端安裝通斷電磁閥。當閥處于通態(tài)，管中的流速為V0。若閥突然關(guān)閉，管路便會產(chǎn)生壓力沖擊。設(shè)管路截面為A，管長為l，管中液體的初始速度為V0，液體的密度為?ρ，壓力波從閥端B傳至A端的時間為t，沖擊壓力的最大升高值為?ρ，運用動量方程得：

若流速V0不是突然降為零，而是降為V1，則上式可改寫為：

在液壓傳動中，液體壓力波的傳遞速度c一般為890～1 250 m/s。

沖擊波在管路中往復(fù)一次的時間T=2l/c，當閥門關(guān)閉的時間t＜T時，可看作是瞬時關(guān)閉，這時由于液體速度改變所引起的能量全部轉(zhuǎn)化為壓力能，因而系統(tǒng)中的壓力峰值很大，這種液壓沖擊稱為完全沖擊。壓力升高值可按式（1）和式（2）計算。

如果t＞T時，由速度改變所引起的能量變化僅有一部分（相當于T/t的部分）轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，故系統(tǒng)壓力峰值較小，這種液壓沖擊為非完全沖擊。這時管道內(nèi)壓力的增大值?p可近似地按下式計算：

如果閥門不是完全關(guān)閉，而是部分關(guān)閉，使液體速度從V0降為V1，這時管道內(nèi)壓力增大值為：

由上面分析可知，要減小液壓沖擊，應(yīng)減慢閥門的關(guān)閉速度（增大t），或減小沖擊波的傳播距離（減小T）。

2 運動部件制動時產(chǎn)生的液壓沖擊

如圖2所示，設(shè)液壓系統(tǒng)的運動部件的總質(zhì)量為∑m，活塞有效作用面積為A，瞬時運動速度為V0。當液壓缸的排油管路換向閥突然關(guān)閉時，由于運動部件的慣性作用，緊急制動導(dǎo)致液壓缸內(nèi)的液壓力急劇上升，引起壓力沖擊。同樣運用動量方程，對運動部件進行分析：

圖2 部件制動產(chǎn)生的液壓沖擊

式中：E0為油液體積彈性模量；V為回油腔容積；

V0為運動部件的瞬時速度；∑m為運動部件的總質(zhì)量。

由上式可見，運動部件的沖擊壓力與運動部件質(zhì)量、速度成正比，而與回油腔容積成反比。

3 總結(jié)

根據(jù)以上對兩種液壓沖擊狀況的分析液壓沖擊產(chǎn)生的原因：

（1）閥門突然關(guān)閉，液流慣性會引起的液壓沖擊。對于管路中流動液體因閥門突然關(guān)閉，液流速度驟然降低到零，液體的動能瞬間轉(zhuǎn)化為壓力能，使管路形成壓力沖擊波；

（2）運動部件的慣性力引起的液壓沖擊。高速運動的液壓輪斗，工業(yè)機械手、液壓挖掘機的回轉(zhuǎn)馬達等在制動和換向或意外卡阻時，由于慣性運轉(zhuǎn)，將會引起壓力急劇升高。

根據(jù)上述推導(dǎo)的公式，要減小液壓沖擊，可以采取以下措施。

（1）延長閥門關(guān)閉時間和運動部件制動換向時間。實踐已經(jīng)證明，運動部件制動換向時間若能大于0.2 s，液壓沖擊就大為減輕。因此，可采用時間可調(diào)的節(jié)流換向閥。

（2）限制管道流速及運動部件速度。通常將管道的流速限制在4.5 m/s以下，液壓缸所驅(qū)動的運動部件速度不超過10m/min，可認為是安全的，?p一般不超過5 MPa。

（3）適當加大管道直徑，縮短管道長度。加大管道直徑的目的是降低流速，縮短管道長度降低以沖擊波的傳播速度。

（4）在沖擊區(qū)附近安裝蓄能器或采用軟管，以增加系統(tǒng)的彈性，吸收、消耗沖擊能量，也可采用響應(yīng)速度快的溢流閥，放油減壓。